OTDR实验报告

实验名称：自构建光纤链路的otdr测试实验实验日期：指导老师：林远芳学生姓

名：同组学生姓名：成绩：

一、实验目的和要求二、实验内容和原理三、主要仪器设备四、实验结果记录

与分析

五、数据记录和处理六、结果与分析七、讨论、心得

一、实验目的和要求

1. 了解瑞利散射及菲涅尔反射的概念及特点；

2. 熟练掌握裸纤端面切割、清洁、连接对准方法及熔接技术；

3. 熟悉光时域反射仪（optical time domain reflectometer，以下简称 otdr）的工

作原理、操作方法和使用要点，能利用 otdr 测试、判断和分析光纤链路中的事件点位置及

其产生原因，提高工程应用能力。

二、实验内容和原理

1．otdr 测试基本理论

散射：光遇到微小粒子或不均匀结构时发生的一种光学现象，此时光传输不再具有良好

的方向性。

瑞利散射：当光在光纤中传播时，由于光纤的基本结构不完美（光纤本身的缺陷、制作

工艺和材料组分存在着分子级大小的结构上的不均匀性），一部分光纤会改变其原有传播方向

而向四周散射（图 1-3-1），引起光能量损失，其强度与波长的 4 次方成反比，随着波长的

增加，损耗迅速下降。

后向或背向散射：瑞利散射的方向是分布于整个立体角的，其中一部分散射光纤和原来

的传播方向相反，返回到光纤的注入端，形成连续的后向散射回波。光纤中某一点的后向回

波可以反映出光纤中光功率的分布情况，椐此可以测试出光纤的损耗。

菲涅尔反射：当光纤由一种媒质进入另一种媒质时会产生的一种反射，其强度与两种媒

质的相对折射率的平方成正比。如图1-3-2 所示，一束能量为p0 的光，由媒质 1（折射率

为nl）进入媒质 2（折射率为 n2）产生的反射信号为p1，则

n1n2p1nn21 2 衰减：指信号沿链路传输过程中损失的量度，以 db 表示。衰减是光纤中光功率减少量

的一种度量，光纤内径中的瑞利散射是引起光纤衰减的主要原因。通常，对于均匀光纤来

说，可用单位长度的衰减，即衰减系数来反映光纤的衰减性能的好坏。

当光脉冲通过光纤传输时，沿光纤长度上的每一点均会引起瑞利散射。这种散射向着四

面八方，其中总有一部分会沿着纤轴反向传输到输入端。由于主要的散射是瑞利散射，并且

瑞利散射光的波长与入射光的波长相同，其光功率与该散射点的入射光功率成正比，光纤中

散射光的强弱反映了光纤长度上各点衰减大小，光纤长度上的某一点散射信号的变化，可以

通过后向散射方法独立地探测出来，而不受其它点散射信号改变的影响，所以测量沿纤轴返

回的后向瑞利散射光功率就可以获得光沿着光纤传输时的衰减及其它信息。

基于后向散射法设计的测量仪器称为 otdr，其突出优点在于它是一种非破坏性的单端测

量方法，测量只需在光纤的一端进行。它利用激光二极管产生光脉冲，经定向耦合器注入被

测光纤，然后在同一端测量沿光纤轴向向后返回的散射光功率返回信号与时间的关系，将时

间值乘以光在光纤中的传播速度以计算出距离，在屏幕上显示返回信号的相对功率与距离之

间的关系曲线和测试结果。国内厂家主要是中国电子科技集团公司第四十一研究所，国外的

品牌主要有安捷伦（agilent）、安立（anritsu）、exfo、wavetek 等。

2．光纤的连接

光纤连接时的耦合损耗因素基本上可分为两大类：一类是固有的，是被连接光纤本身特

性参数的差异，比如纤芯直径、模场直径、数值孔径差异、纤芯或模场的同心度偏差、纤芯

椭圆度等。这些因素所引起的光纤连接损耗一般无法通过连接技术来改善；另一类是光纤连

接时光纤的端面质量、对中质量和连接质量等因素，比如光纤的端面切割质量、端面间隙、

纤轴的横向错位、纤轴的角度倾斜、纤芯形变等因素。这些因素所引起的连接损耗可通过连

接技术的改进而得到改善。

3. 典型事件

用 otdr 测量光纤链路可识别出由于拼接、接头、光纤破损或弯曲及链路中其他故障所

造成的光衰减的位置及大小。otdr 接收和显示的不仅仅是来自各事件的信号，而且包括来自

光纤本身的信号。这种来自光纤本身的信号就是后向散射。当光沿着光纤传送时会由于瑞利

散射效应而衰减，这是由于光纤折射率微小变化等引起的，并且它沿着整根光纤持续发生。

后向散射强度的变化决定了光纤链路沿线各事件的损耗值。

非反射事件：

光纤熔接头和微弯会导致光纤中有一些光功率损耗，但不会引起反射。在otdr 测试曲

线上，这种事件会以“在后向散射电平上附加一个下降台阶”的形式表现出来，竖轴上后向

散射电平值的改变量即为损耗的大小，如图 1‐3‐6所示。

反射事件：

在光纤链路中，光纤的几何缺陷、断裂面、故障点、活动连接和固定连接等都会造成折

射率突变，使光在光纤中产生菲涅尔反射，称之为反射事件。反射和散射的强弱都和通过的

光功率成正比，菲涅尔反射光功率远大于后向瑞利散射光功率，则在 otdr 显示的测试曲线

上，对应于光纤菲涅尔反射点处有突变的峰值区（有一个急剧的上升和下降）。如图 1‐3

‐7 所示，光纤链路中的活动连接和固定连接的接头以及光纤上的裂缝都会同时引起光的反

射和损耗。反射值(通常以回波损耗的形式表示）是由后向散射曲线上反射峰的幅度所决定的，

竖轴上后向散射电平值的改变量即为损耗的大小。

光纤末端：

如果光纤末端（尾端）是平整的端面或者在尾端接有平整、抛光了的活动连接器，则尾

端会存在反射率为 4％的菲涅尔反射，意味着 otdr 测试曲线具有反射终端，如图 1‐3‐8

（a）所示。如果尾端是破裂的端面或者被磨花了，则由于端面的不规则会使光纤漫射而不会

引起反射，在这种情况下，光纤末端的 otdr 测试曲线会从后向反射电平简单下降到 otdr 噪

声电平下，如图 1‐3‐8（b）所示。虽然破裂的尾端也可能引起反射，但其反射峰不会像平

整的光纤末端或活动连接器所带来的反射峰值那么大。

4．otdr 主要性能参数

（1）动态范围

otdr 的信号是通过对数放大器处理的，测试曲线的相对后向散射功率是对数标度，读得的是电平值，而且是经过往返两次衰减的值。后向散射电平初始值与噪声电平的差

值（db）

定义为动态范围。如图 1‐3‐9 所示，根据噪声电平的取法，有两种不同的动态范围表

示方式：

‐‐峰值：取噪声电平的峰值，这是一种传统的比较有意义的指标表示方式。在后向散

射

电平与噪声电平相等时，后向散射信号就成了不可见信号。

‐‐信噪比 snr=1：取噪声电平的均方根值。

动态范围和被测光纤的衰减决定了 otdr 实际可以测量的光纤最长距离：

d l?max?

其中：d 为 otdr 的动态范围，a 为被测光纤的衰减常数。由此可以分析得知：对衰减

一定的光纤而言，otdr 的动态范围越大，则可测量的光纤长度越长，反之越短；对同一